Mit heißen Ohren am Feuerberg – Akustische Signale könnten vor Vulkanausbrüchen warnen

„Denn noch immer bedeuten explosive Eruptionen nicht selten die Vernichtung von Leben, Infrastruktur und Kapital.“ Der Geologe, der eine Forschungsprofessur im Rahmen von LMUexcellent innehat, lieferte deshalb einen neuen Ansatz für die Vorhersage von bevorstehenden Eruptionen – der sich zumindest unter experimentellen Bedingungen bereits bewährt hat.

Die zugrunde liegenden Daten sind das Ergebnis einer internationalen Kooperation mit Beteiligung Dingwells und unter der Leitung seines Mitarbeiters Yan Lavallée. Wie in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Nature“ berichtet, wurden dafür im Labor Bruchprozesse im Magma gemessen, also in der flüssigen Gesteinsschmelze aus dem Erdinneren, die bei Eruptionen als Lava ausgestoßen wird. Entscheidend für einen bevorstehenden Ausbruch ist der Übergang des Magmas vom Fließen zum Bruch.

„Und das kann man hören“, berichtet Lavallée. „Den Übergang zeigten eine Temperaturerhöhung, veränderte Scherkräfte sowie akustische Signale an. Wir hoffen nun, dass Vulkanobservatorien in aller Welt unseren neuartigen Ansatz auch in der Praxis testen werden.“

„Lebende Planeten“ heißen Planeten mit aktivem Vulkanismus bei den Geowissenschaftlern. Denn die Eruptionen sind Ausdruck eines gewaltigen physiko-chemischen Ungleichgewichts – nicht zuletzt auch im Erdinneren. Für die Menschen und die Umwelt sind die Folgen derart explosiver Ausbrüche häufig katastrophal. Dies umso mehr, als es noch immer kein zuverlässiges Frühwarnsystem gibt.

„Dabei versuchen die Mitarbeiter von Vulkanbeobachtungsstationen auf der ganzen Welt, schon möglichst frühzeitig bevorstehende Eruptionen zu erkennen und die betroffene Bevölkerung zu warnen“, sagt Lavallée. „Die Wissenschaftler dort arbeiten aber fast ausschließlich empirisch, ohne den mechanischen Hintergrund der Vorgänge im Vulkan selbst zu berücksichtigen. Nur vor dem Hintergrund dieser Prozesse kann aber die Lage komplett verstanden und entsprechend zuverlässig eingeschätzt werden.“

Das könnte sich nun ändern. Denn die Münchner Forscher entwickelten zusammen mit ihren Kollegen von der Technischen Universität (TU) München sowie vom University College in London einen Ansatz, der eine Änderung im Verhalten des Magmas misst, das Aussagen über eine bevorstehende Eruption zulassen könnte. Den Anstoß dafür gab ein Besuch Dingwells in einem alten Eisenerzstollen. „Holz spricht, bevor es bricht…“ hieß dort eine Maxime der Kumpel aus dem Bergbau. Für den Geologen war dies der Anlass für die Untersuchung, ob möglicherweise auch Magma ünüberhörbare Signale als Warnhinweis gibt. Nach zwei Jahren experimenteller Arbeit ist seine Idee, wie Vulkaneruptionen eines Tages möglicherweise routinemäßig und frühzeitig erkannt werden können, der Praxis wohl einen großen Schritt näher gekommen. Denn mit Hilfe bislang einzigartiger Experimente konnten die Forscher unter der Federführung Lavallées ein Frühwarnsystem erstellen.

Die Basis dieses „Forecasting System“ sind Bruchprozesse im Magma. Die Wissenschaftler verformten die Gesteinsschmelze „am Limit“, also am Übergang vom Fließen zum Bruch. Diese Zustandsänderung kann – und das war bis dahin unbekannt – sogar auf dreifachem Weg festgestellt werden: Das Magma erwärmt sich, es treten Scherkräfte auf und akustische Signale werden ausgesandt. Es sind vor allem die akustischen Emissionen, auf die die Wissenschaftler nun ihre Hoffnung setzen. Diese Signale könnten in der Natur eine zuverlässige Vorhersage von Erdbeben erlauben, die durch das Magma selbst ausgelöst werden. Die Signale wären dann ein wichtiger Baustein der „Failure Forecast Method“. Dieses System verfolgt im zeitlichen Verlauf Phänomene, die sich vor Eruptionen typischerweise und messbar verändern. In der Gesamtheit sind so Aussagen über katastrophale Bruchprozesse möglich. Noch aber hat sich der Ansatz von Lavallée und Dingwell nur im Labor bewährt. „Wir hoffen deshalb, dass unsere Messungen nun auch am Vulkan vorgenommen werden“, so Lavallée. „Auf das Ergebnis darf man sicher gespannt sein.“

Publikation:
„Seismogenic lavas and explosive eruption forecasting“,
Y. Lavallée, P.G. Meredith, D.B. Dingwell, K.-U. Hess, J. Wassermann, B. Cordonnier, A. Gerik, J.H. Kruhl,

Nature, 22. Mai 2008

Ansprechpartner:
Professor Dr. Donald B. Dingwell
Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU
Sektion Mineralogie, Petrologie und Geochemie
Tel.: 089 / 2180 – 4136
E-Mail: dingwell@lmu.de